⑴ 對於一個具體的單片機應用系統，選擇單片機的原則是什麼
從設計角度，計算速度、存儲、通訊模塊、AD/Time等外設，一要夠用，二要有足夠擴展或可升級單片機的餘地；應用現場條件限制，抗干擾性、可靠性要求等。
從生產角度，廠家供貨周期，生命周期，後續型號等
軟體維護角度，越流行的晶元，越利於找到合適的人手
⑵ 單片機最小系統設計
1.晶振，至於大小由你單片機時鍾周期要求而決定（用於計時，與兩個電容並聯使用，電容大小由你的晶振決定，一般用22pF）
2.復位電路（用於復位）
3.電源（用於供電，一般用電腦的USB口供電）
4.燒製程序的口（可用串口配合MAX232配合使用，也可以做個並口輸入，這個要根據你使用單片機的種類決定，比如ATC可用並口，STC一般只用串口輸入等等）
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⑶ 請簡述單片機系統的設計過程是怎樣的
單片機應用系統設計分為硬體設計與軟體設計兩部分及系統調試三個部分，大致過程如下：一、硬體電路設計1、根據任務需求規劃確定單片機類型及外圍介面電路方案；2、根據方案設計具體電路。二、軟體設計1、根據目標任務的功能需求，結合硬體電路控制方式，規劃設計軟體功能模塊；2、將功能模塊細化成流程圖；3、根據流程圖編寫程序代碼；4、將編譯後的目標代碼下載到實物單片機或虛擬單片機進行軟體模擬調試；三、系統調試1、將初調成功的目標的代碼下載到單片機目標試驗板進行軟硬體聯調及功能驗證；2、驗證成功符合設計要求，就可以進入小批量測試了。
⑷ 單片機課程設計的要求 交通燈系統設計
:利用單片機的定時器功能,令十字路口的紅綠燈交替點亮和熄滅(用實驗箱上的8隻發光二極體分成南北、東西兩組各4隻表示),並且用LED數碼管顯示時間(實驗箱上的8隻數碼管中，用兩端的各2隻表示南北、東西兩組的計時)
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⑸ 我們在進行單片機應用系統設計的過程中,如何制定中斷事件的處理原則和方法。
咨詢記錄 · 回答於2021-09-25
⑹ 單片機控制系統設計有哪些基本要求
控制系統設計是一個很大的課題.從分類上來說有開環控制系統(如交通燈),閉環反饋控制系統(如溫度控制),有模擬控制系統,也有數字控制系統.它們的具體設計要求各有不同.但總體來說,一般控制系統要求
1)滿足控制精度和穩定性要求
2)滿足響應時間要求
3)有足夠的抗干擾和雜訊的能力(魯棒性)
4)容易實現,成本低
⑺ 基於單片機的溫度數據採集系統設計
單片機課程設計任務書
題目：基於單片機的溫度數據採集系統設計
一．設計要求
1．被測量溫度范圍：0~500℃，溫度解析度為0.5℃。
2．被測溫度點：4個，每2秒測量一次。
3．顯示器要求：通道號1位，溫度4位（精度到小數點後一位）。
顯示方式為定點顯示和輪流顯示。
4．鍵盤要求：
（1）定點顯示設定；（2）輪流顯示設定；（3）其他功能鍵。
二．設計內容
1．單片機及電源管理模塊設計。
單片機可選用AT89S51及其兼容系列，電源管理模塊要實
現高精密穩壓輸出，為單片機及A/D轉換器供電。
2．感測器及放大器設計。
感測器可以選用鎳鉻—鎳硅熱電偶（分度號K），放大器要實現熱電偶輸出的mV級信號到A/D輸入V級信號放大。
3．多路轉換開關及A/D轉換器設計。
多路開關可以選用CD4052，A/D可選用MC14433等。
4．顯示器設計。
可以選用LED顯示或LCD顯示。
5．鍵盤電路設計。
實現定點顯示按鍵；輪流顯示按鍵；其他功能鍵。
6．系統軟體設計。
系統初始化模塊，鍵盤掃描模塊，顯示模塊，數據採集模塊，標度變換模塊等。
引言：
在生產和日常生活中，溫度的測量及控制十分重要，實時溫度檢測系統在各個方面應用十分廣泛。消防電氣的非破壞性溫度檢測，大型電力、通訊設備過熱故障預知檢測，各類機械組件的過熱預警，醫療相關設備的溫度測試等等都離不開溫度數據採集控制系統。
隨著科學技術的發展，電子學技術也隨之迅猛發展，同時帶動了大批相關產業的發展，其應用范圍也越來越廣泛。近年來單片機發展也同樣十分迅速，單片機已經滲透到工業、農業、國防等各個領域，單片機以其體積小，可靠性高，造價低，開發周期短的特點被廣泛推廣與應用。傳統的溫度採集不僅耗時而且精度低，遠不能滿足各行業對溫度數據高精度，高可靠性的要求。溫度的控制及測量對保證產品質量、提高生產效率、節約能源、生產安全、促進國民經濟的發展起到重要作用。在單片機溫度測量系統中關鍵是測量溫度，控制溫度和保持溫度。溫度測量是工業對象的主要被控參數之一。本此題目的總體功能就是利用單片機和熱敏原件實現溫度的採集與讀數，利用五位LED顯示溫度讀數和所選通道號，實現熱電轉化，實現溫度的精確測量。本設計是以Atmel公司的AT89S51單片機為控制核心，通過MC14433模數轉換對所測的溫度進行數字量變化，且通過數碼管進行相應的溫度顯示。採用微機進行溫度檢測，數字顯示，信息存儲及實時控制，對於提高生產效率和產品質量、節約能源等都有重要作用。
目錄：
一、系統總體功能及技術指標的描述........................................ 5
二、各模塊電路原理描述............................................................. 5
2.1單片機及電源模塊設計...................................................... 5
2.2、AT89S51引腳說明.......................................................... 7
2.3、數據採集模塊設計........................................................ 11
2.4、多路開關......................................................................... 12
2.5、放大器............................................................................. 15
2.6、A/D轉換器..................................................................... 16
2.7、顯示器設計..................................................................... 21
2.8、鍵盤電路設計................................................................. 22
2.9、電路總體設計圖........................................................... 22
三、軟體流程圖 ...................................................................... 24
四、程序清單.............................................................................. 25
五、設計總結及體會.................................................................... 31
六、參考資料................................................................................ 32
一、系統總體功能及技術指標的描述
1. 系統的總體功能：
溫度數據採集系統，實現溫度的採集與讀書，利用五位LED顯示溫度讀數和所選通道號，實現熱電轉化的原理過程。
被測量溫度范圍：0~500℃，溫度解析度為0.5℃。被測溫度點4個，每2秒測量一次。顯示器要求：通道號1位，溫度4位（精度到小數點後一位）。顯示方式為定點顯示和輪流顯示，可以通過按鍵改變顯示方式。
2. 技術指標要求：
1．被測量溫度范圍：0~500℃，溫度解析度為0.5℃。
2．被測溫度點：4個，每2秒測量一次。
3．顯示器要求：通道號1位，溫度4位（精度到小數點後一位）。
顯示方式為定點顯示和輪流顯示。
4．鍵盤要求：
（1）定點顯示設定；（2）輪流顯示設定；（3）其他功能鍵。
二、各模塊電路原理描述
2.1單片機及電源模塊設計
如圖所示為AT89S51晶元的引腳圖。兼容標准MCS-51指令系統的AT89S51單片機是一個低功耗、高性能CHMOS的單片機，片內含4KB在線可編程Flash存儲器的單片機。它與通用80C51系列單片機的指令系統和引腳兼容。
AT89S51單片機片內的Flash可允許在線重新編程，也可用通用非易失性存儲編程器編程；片內數據存儲器內含128位元組的RAM；有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）埠;具有兩個16位可編程定時器；中斷系統是具有6個中斷源、5個中斷矢量、2級中斷優先順序的中斷結構；震盪器頻率0到33MHZ，因此我們在此選用12MHZ的晶振是比較合理的；具有片內看門狗定時器；具有斷電標志POF等等。AT89S51具有PDIP、TQFP和PLCC三種封裝形式[8]。
圖5.1-1 AT89S51引腳圖
上圖就是PDIP封裝的引腳排列，下面介紹各引腳的功能。
2.2、AT89S51引腳說明
P0口：8位、開漏級、雙向I/O口。P0口可作為通用I/O口，但須外接上拉電阻；作為輸出口，每各引腳可吸收8各TTL的灌電流。作為輸入時，首先應將引腳置1。P0也可用做訪問外部程序存儲器和數據存儲器時的低8位地址/數據匯流排的復用線。在該模式下，P0口含有內部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接收代碼位元組數據；在編程效驗時，P0口輸出代碼位元組數據(需要外接上拉電阻)。
P1口：8位、雙向I/0口，內部含有上拉電阻。P1口可作普通I/O口。輸出緩沖器可驅動四個TTL負載；用作輸入時，先將引腳置1，由片內上拉電阻將其抬到高電平。P1口的引腳可由外部負載拉到低電平，通過上拉電阻提供電流。在FLASH並行編程和校驗時，P1口可輸入低位元組地址。在串列編程和效驗時，P1.5/MO-SI，P1.6/MISO和P1.7/SCK分別是串列數據輸入、輸出和移位脈沖引腳。
P2口：具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P2口用做輸出口時，可驅動4各TTL負載；用做輸入口時，先將引腳置1，由內部上拉電阻將其提高到高電平。若負載為低電平，則通過內部上拉電阻向外部輸出電流。CPU訪問外部16位地址的存儲器時，P2口提供高8位地址。當CPU用8位地址定址外部存儲時，P2口為P2特殊功能寄存器的內容。在FLASH並行編程和校驗時，P2口可輸入高位元組地址和某些控制信號。
P3口：具有內部上拉電阻的8位雙向口。P3口用做輸出口時，輸出緩沖器可吸收4各TTL的灌電流；用做輸入口時，首先將引腳置1，由內部上拉電阻抬位高電平。若外部的負載是低電平，則通過內部上拉電阻向輸出電流。在與FLASH並行編程和校驗時，P3口可輸入某些控制信號。P3口除了通用I/O口功能外，還有替代功能，如表5.3-1所示。
表5.3-1 P3口的替代功能
引腳
符號
說明
P3.0
RXD
串列口輸入
P3.1
TXD
串列口輸出
P3.2
/INT0
外部中斷0
P3.3
/INT1
外部中斷1
P3.4
T0
T0定時器的外部的計數輸入
P3.5
T1
T1定時器的外部的計數輸入
P3.6
/WR
外部數據存儲器的寫選通
P3.7
/RD
外部數據存儲器的讀選通
RST：復位端。當振盪器工作時，此引腳上出現兩個機器周期的高電平將系統復位。
ALE/ ：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存）是一個用於鎖存地址的低8位位元組的書粗脈沖。在Flash 編程期間，此引腳也可用於輸入編程脈沖（）。在正常操作情況下，ALE以振盪器頻率的1/6的固定速率發出脈沖，它是用作對外輸出的時鍾，需要注意的是，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如果希望禁止ALE操作，可通過將特殊功能寄存器中位地址為8EH那位置的「0」來實現。該位置的「1」後。ALE僅在MOVE或MOVC指令期間激活，否則ALE引腳將被略微拉高。若微控制器在外部執行方式，ALE禁止位無效。
：外部程序存儲器讀選取通信號。當AT89S51在讀取外部程序時， 每個機器周期 將PSEN激活兩次。在此期間內，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過兩個信號。
/Vpp：訪問外部程序存儲器允許端。為了能夠從外部程序存儲器的0000H至FFFFH單元中取指令，必須接地，然而要注意的是，若對加密位1進行編程，則在復位時，的狀態在內部被鎖存。
執行內部程序應接VCC。不當選擇12V編程電源時，在Flash編程期間，這個引腳可接12V編程電壓。
XTAL1：振盪器反向放大器輸入端和內部時鍾發生器的輸入端。
XTAL2：振盪器反相放大器輸出端[9]。
電源模塊設計
在影響單片機系統可靠性的諸多因素中，電源干擾可謂首屈一指，據統計，計算機應用系統的運行故障有90％以上是由電源雜訊引起的。為了提高系統供電可靠性，交流供電應採用交流穩壓器，防止電源的過壓和欠壓，直流電源抗干擾措施有採用高質量集成穩壓電路單獨供電，採用直流開關電源，採用DC-DC變換器。本次設計決定採用MAXim公司的高電壓低功耗線性變換器MAX 1616作為電壓變換，採用該器件將輸入的24V電壓變換為5V電壓，給外圍5V的器件供電。MAX1616具有如下特點：
1.4~28V電壓輸入范圍。
2.最大80uA的靜態工作電流。
3.3V/5V電壓可選輸出。
4.30mA輸出電流。
5.2％的電壓輸出精度。
電源管理模塊電路圖如下：
本電路採用該器件將輸入的24V電壓變成5V電壓，給外圍5V的器件供電，其中二極體D1是保護二極體，防止輸入電壓接反可能帶來的對電路的影響和破壞。
⑻ 單片機控制系統的硬體設計包括哪些
單片機硬體設計，是針對設計需求，以單片機為核心來設計外圍電路的。首先要有電源部分，因為單片機供電電壓大多是5V或者3.3V，還要有時鍾電路、復位電路，這是最基本的。然後就是根據實際項目需求，加入通訊電路、輸入輸出電路等等。
⑼ 單片機開發中應掌握的幾個技巧
一、 如何提高C語言編程代碼的效率
鄧宏傑指出，用C語言進行單片機程序設計是單片機開發與應用的必然趨勢。他強調：「如果使用C編程時，要達到最高的效率，最好熟悉所使用的C編譯器。
先試驗一下每條C語言編譯以後對應的匯編語言的語句行數，這樣就可以很明確的知道效率。在今後編程的時候，使用編譯效率最高的語句。」
他指出，各家的C編譯器都會有一定的差異，故編譯效率也會有所不同，優秀的嵌入式系統C編譯器代碼長度和執行時間僅比以匯編語言編寫的同樣功能程度長
5-20%。他說：「對於復雜而開發時間緊的項目時，可以採用C語言，但前提是要求你對該MCU系統的C語言和C編譯器非常熟悉，特別要注意該C編譯系統
所能支持的數據類型和演算法。雖然C語言是最普遍的一種高級語言，但由於不同的MCU廠家其C語言編譯系統是有所差別的，特別是在一些特殊功能模塊的操作
上。所以如果對這些特性不了解，那麼調試起來問題就會很多，反而導致執行效率低於匯編語言。」
二、 如何減少程序中的bug?
對於如何減少程序的bug，鄧宏傑給出了一些建議，他指出系統運行中應考慮的超范圍管理參數有：
1.物理參數。這些參數主要是系統的輸入參數，它包括激勵參數、採集處理中的運行參數和處理結束的結果參數。合理設定這些邊界，將超出邊界的參數都視為非正常激勵或非正常回應進行出錯處理。
2.資源參數。這些參數主要是系統中的電路、器件、功能單元的資源，如記憶體容量、存儲單元長度、堆疊深度。在程式設計中，對資源參數不允許超范圍使用。
3.應用參數。這些應用參數常表現為一些單片機、功能單元的應用條件。如E2PROM的擦寫次數與資料存儲時間等應用參數界限。
4.過程參數。指系統運行中的有序變化的參數。
三、如何解決單片機的抗干擾性問題
鄧宏傑指出：防止干擾最有效的方法是去除干擾源、隔斷干擾路徑，但往往很難做到，所以只能看單片機抗干擾能力夠不夠強了。單片機干擾最常見的現象就是
復位;至於程序跑飛，其實也可以用軟體陷阱和看門狗將程序拉回到復位狀態;所以單片機軟體抗干擾最重要的是處理好復位狀態。一般單片機都會有一些標志寄存
器，可以用來判斷復位原因;另外你也可以自己在RAM中埋一些標志。在每次程序復位時，通過判斷這些標志，可以判斷出不同的復位原因;還可以根據不同的標
志直接跳到相應的程序。這樣可以使程序運行有連續性，用戶在使用時也不會察覺到程序被重新復位過。
四、 如何測試單片機系統的可靠性
有讀者希望了解用用什麼方法來測試單片機系統的可靠性，鄧宏傑指出：「當一個單片機系統設計完成，對於不同的單片機系統產品會有不同的測試項目和方法，但是有一些是必須測試的：
1.測試單片機軟體功能的完善性。這是針對所有單片機系統功能的測試，測試軟體是否寫的正確完整。
2.上電、掉電測試。在使用中用戶必然會遇到上電和掉電的情況，可以進行多次開關電源，測試單片機系統的可靠性。
3.老化測試。測試長時間工作情況下，單片機系統的可靠性。必要的話可以放置在高溫，高壓以及強電磁干擾的環境下測試。
4、ESD和EFT等測試。可以使用各種干擾模擬器來測試單片機系統的可靠性。例如使用靜電模擬器測試單片機系統的抗靜電ESD能力;使用突波雜訊模擬器進行快速脈沖抗干擾EFT測試等等。
鄧宏傑強調：「還可以模擬人為使用中，可能發生的破壞情況。例如用人體或者衣服織物故意摩擦單片機系統的接觸埠，由此測試抗靜電的能力。用大功率電鑽靠近單片機系統工作，由此測試抗電磁干擾能力等。
⑽ 嵌入式系統在硬體設計，操作系統的選擇，以及軟體的設計要遵循哪些原則
要把軟體做得非常靈活又要便於維護是一個很困難的事情。靈活的軟體他的結構就復雜，維護起來就困難。有得必有失，關鍵就在於如何處理這兩者，使得大於失。軟體的設計開發應遵循以下六大原則：1. OCP全稱：「Open-Closed Principle」 開放－封閉原則說明：對擴展開放，對修改關閉。優點：按照OCP原則設計出來的系統，降低了程序各部分之間的耦合性，其適應性、靈活性、穩定性都比較好。當已有軟體系統需要增加新的功能時，不需要對作為系統基礎的抽象層進行修改，只需要在原有基礎上附加新的模塊就能實現所需要添加的功能。增加的新模塊對原有的模塊完全沒有影響或影響很小，這樣就無須為原有模塊進行重新測試。如何實現「開-閉」原則在面向對象設計中，不允許更改的是系統的抽象層，而允許擴展的是系統的實現層。換言之，定義一個一勞永逸的抽象設計層，允許盡可能多的行為在實現層被實現。解決問題關鍵在於抽象化，抽象化是面向對象設計的第一個核心本質。 對一個事物抽象化，實質上是在概括歸納總結它的本質。抽象讓我們抓住最最重要的東西，從更高一層去思考。這降低了思考的復雜度，我們不用同時考慮那麼多的東西。換言之，我們封裝了事物的本質，看不到任何細節。在面向對象編程中，通過抽象類及介面，規定了具體類的特徵作為抽象層，相對穩定，不需更改，從而滿足「對修改關閉」；而從抽象類導出的具體類可以改變系統的行為，從而滿足「對擴展開放」。對實體進行擴展時，不必改動軟體的源代碼或者二進制代碼。關鍵在於抽象。2. LSP全稱：「Liskov Substitution Principle」 里氏代換原則說明：子類型必須能夠替換它們的基類型。一個軟體實體如果使用的是一個基類，那麼當把這個基類替換成繼承該基類的子類，程序的行為不會發生任何變化。軟體實體察覺不出基類對象和子類對象的區別。優點：可以很容易的實現同一父類下各個子類的互換，而客戶端可以毫不察覺。3. DIP全稱：「Dependence Inversion Principle」依賴倒置原則說明：要依賴於抽象，不要依賴於具體。客戶端依賴於抽象耦合。抽象不應當依賴於細節；細節應當依賴於抽象；要針對介面編程，不針對實現編程。優點：使用傳統過程化程序設計所創建的依賴關系，策略依賴於細節，這是糟糕的，因為策略受到細節改變的影響。依賴倒置原則使細節和策略都依賴於抽象，抽象的穩定性決定了系統的穩定性。怎樣做到依賴倒置？以抽象方式耦合是依賴倒轉原則的關鍵。抽象耦合關系總要涉及具體類從抽象類繼承，並且需要保證在任何引用到基類的地方都可以改換成其子類，因此，里氏代換原則是依賴倒轉原則的基礎。在抽象層次上的耦合雖然有靈活性，但也帶來了額外的復雜性，如果一個具體類發生變化的可能性非常小，那麼抽象耦合能發揮的好處便十分有限，這時可以用具體耦合反而會更好。層次化：所有結構良好的面向對象構架都具有清晰的層次定義，每個層次通過一個定義良好的、受控的介面向外提供一組內聚的服務。依賴於抽象：建議不依賴於具體類，即程序中所有的依賴關系都應該終止於抽象類或者介面。盡量做到：1、任何變數都不應該持有一個指向具體類的指針或者引用。2、任何類都不應該從具體類派生。3、任何方法都不應該覆寫它的任何基類中的已經實現的方法。4. ISP全稱：「Interface Segregation Principle」 介面隔離原則說明：使用多個專一功能的介面比使用一個的總介面總要好。從一個客戶類的角度來講：一個類對另外一個類的依賴性應當是建立在最小介面上的。過於臃腫的介面是對介面的污染，不應該強迫客戶依賴於它們不用的方法。優點：會使一個軟體系統功能擴展時，修改的壓力不會傳到別的對象那裡。如何實現介面隔離原則不應該強迫用戶依賴於他們不用的方法。1、利用委託分離介面。2、利用多繼承分離介面。5. CARP or CRP全稱：「Composite/Aggregate Reuse Principle」 合成/聚合復用原則 or 「Composite Reuse Principle」 合成復用原則說明：如果新對象的某些功能在別的已經創建好的對象裡面已經實現，那麼盡量使用別的對象提供的功能，使之成為新對象的一部分，而不要自己再重新創建。新對象通過向這些對象的委派達到復用已有功能的。簡而言之，要盡量使用合成/聚合，盡量不要使用繼承。優點：1) 新對象存取成分對象的唯一方法是通過成分對象的介面。2) 這種復用是黑箱復用，因為成分對象的內部細節是新對象所看不見的。3) 這種復用支持包裝。4) 這種復用所需的依賴較少。5) 每一個新的類可以將焦點集中在一個任務上。6) 這種復用可以在運行時間內動態進行，新對象可以動態的引用與成分對象類型相同的對象。7) 作為復用手段可以應用到幾乎任何環境中去。缺點:就是系統中會有較多的對象需要管理。6. LOD or LKP全稱：「Law of Demeter」 迪米特原則 or 「Least Knowledge Principle」 最少知識原則說明：對象與對象之間應該使用盡可能少的方法來關聯，避免千絲萬縷的關系。如何實現迪米特法則迪米特法則的主要用意是控制信息的過載，在將其運用到系統設計中應注意以下幾點：1) 在類的劃分上，應當創建有弱耦合的類。類之間的耦合越弱，就越有利於復用。2) 在類的結構設計上，每一個類都應當盡量降低成員的訪問許可權。一個類不應當public自己的屬性，而應當提供取值和賦值的方法讓外界間接訪問自己的屬性。3) 在類的設計上，只要有可能，一個類應當設計成不變類。4) 在對其它對象的引用上，一個類對其它對象的引用應該降到最低。
還有個單一職責原則：
SRP簡介（SRP--Single-Responsibility Principle）： 就一個類而言，應該只專注於做一件事和僅有一個引起它變化的原因。所謂職責，我們可以理解他為功能，就是設計的這個類功能應該只有一個，而不是兩個或更多。也可以理解為引用變化的原因，當你發現有兩個變化會要求我們修改這個類，那麼你就要考慮撤分這個類了。因為職責是變化的一個軸線，當需求變化時，該變化會反映類的職責的變化。 使用SRP注意點： 1、一個合理的類，應該僅有一個引起它變化的原因，即單一職責；
2、在沒有變化徵兆的情況下應用SRP或其他原則是不明智的；
3、在需求實際發生變化時就應該應用SRP等原則來重構代碼；
4、使用測試驅動開發會迫使我們在設計出現臭味之前分離不合理代碼；
5、如果測試不能迫使職責分離，僵化性和脆弱性的臭味會變得很強烈，那就應該用Facade或Proxy模式對代碼重構； SRP優點： 消除耦合，減小因需求變化引起代碼僵化性臭味